端盖零件的机械加工工艺规程和钻孔夹具设计【4张CAD图纸、工艺卡片和说明书】

摘 要
本次设计的主要内容是汽车法兰上的端盖加工工艺规程及4-φ9孔钻夹具的设计。端盖是法兰盘上的一个零件，与其它零件配对使用，其主要加工表面及控制位置为孔和外圆。由零件要求分析可知，保证孔和外圆尺寸的同时应该尽量保证其同轴度，这对于后工序装配和总成使用上来说都有重要影响。所以，工序安排时，采取以φ108大外圆粗定位夹紧加工后，对孔和外圆分粗精加工同时成型。因其粗糙度为Ra3.2，可直接车削满足。对于钻4-φ9孔时，主要以孔定位，两铣削端面限位，控制其自由度，以达到加工出来的产品满足要求并且一致性好的目的。本文的研究重点在于通过汽车法兰端盖的工艺性和力学性能分析，对加工工艺进行合理分析，选择确定合理的毛坯、加工方式、设计高效、省力的夹具，通过实践验证，最终加工出合格的端盖零件。

关键词：端盖、加工工艺、钻孔、定位、夹具

目 录

摘要…………………………………………………………………………………  2
1 设计目的及背景 ………………………………………………………………   4
2 端盖零件的机械加工工艺过程分析……………………………………………  4
2.1 计算生产纲领、确定生产类型………………………………………………  4
2.2 零件的分析……………………………………………………………………  5
2.3 选择毛坯………………………………………………………………………  5
2.4 工艺规程设计…………………………………………………………………  6
2.4.1 定位基准的选择……………………………………………………………  6
2.4.2 零件加工方法的选择………………………………………………………  6
2.4.3 制定工艺路线………………………………………………………………  6
2.4.4 确定机械加工余量及毛坯尺寸，设计毛坯——零件综合图……………  7
2.4.5 工序设计……………………………………………………………………  8
2.4.6确定切削用量及基本时间（机动时间）…………………………………… 13
3  机床夹具设计…………………………………………………………………  20
3.1 拟定夹具的结构方案 ………………………………………………………  20
3.1.1 确定夹具的类型 …………………………………………………………  20
3.1.2 确定工件的定位方案 ……………………………………………………  20
3.1.3 确定工件的夹紧形式 ……………………………………………………  21
3.1.4 确定刀具的导向方式或对刀装置 ………………………………………  21
3.1.5确定其它机械，如分度、装卸用的辅助装置等…………………………  21
3.1.6 夹具体的结构类型设计 …………………………………………………  21
3.1.7 夹具总图设计 ……………………………………………………………  21
3.2 夹具精度的校核 ……………………………………………………………  22
4 总结 ……………………………………………………………………………  23
5 参考文献 ………………………………………………………………………  23

1、设计目的及背景
汽车工业是我国的四大支柱形产业之一，在当前经济形势整体企稳回暖、我国汽车产业趋向走好的背景下，各大汽车制造厂及零部件制造厂都扩产增销，推陈出新，行业形势出现“持续热销”的火热局面。改革开放以来，中国的汽车工业如同其它工业一样在开放与竞争中迅速成长。据国家统计局的统计资料显示，1990年中国的汽车产量仅有51.4万辆，其中轿车仅有3.5万辆，经过14年的努力，到2003年中国的汽车产量达到444.39万辆，与1990年相比增长了8.6倍，轿车产量达到202.01万辆，增长57.7倍。中国的汽车已快速进入家庭，因此带动了各汽车配件厂的快速发展。
本这设计的主要任务是汽车法兰上的一个端盖，其作用是连接配对零件并传递相关功能。
机械的加工工艺及夹具设计是在完成了大学的全部课程以后，进行的一次理论联系实际的综合运用。培养学生综合运用所学基础理论、专业知识与技能，独立分析与解决问题的能力，有助于学生对专业知识、技能的进一步提高，为以后从事专业技术工作打下基础。专用夹具的设计，对加工精度，提高加工效率，减轻劳动强度，充分发挥和扩大机床的性能有着重要的影响。本课题讨论的目的是通过分析汽车法兰端盖的特点，论述了设计时应注意的问题及其应用范围。

2、端盖零件的机械加工工艺过程分析
2.1计算生产纲领、确定生产类型
图1示为端盖零件，该产品年产量为4000件，根据其年需求量要求设定其备品率为10%，废品率为1%（含工废和料废），现制定端盖的机械加工工艺规程。
N=Q×n×(1+a+b)  件/年                  （1）
式中：N——零件的生产纲领（件/年）
      Q——产品的年生产量（台/年）
      n——每台产品中该零件数量（件/台）
      a——零件的备品率
      b——零件的平均废品率
N=4000×1×(1+10%+1%)=4440（件/年）
端盖年需求量为4440件，因已知该产品为轻小型机械，根据教材和手册中生产类型及生产纲领的关系，确定其生产类型为中批生产。

图1 零件图

2.2零件的分析
端盖零件的视图正确，部分尺寸需要补充完善，公差及技术要求需要完善，已在正式提交的零件图上补充完善。本零件外圆和内孔精度要求较高，并且为设计基准。因φ108外圆及端面图纸标注为非加工表面，但考虑过程中会用其做工序基准，所以在工艺加工过程中安排了加工余量并作了加工。4-φ9位置度要求为0.15，利用钻夹具在台钻上加工直接可以满足要求。其余尺寸公差及形位公差都能保证。
2.3选择毛坯
端盖零件通常不要求作大的频繁的转动，与配对零件是间隙配合，有微小的转动，所以考虑到强度上的要求，将零件定为45#钢、正火处理，以改善强度、细化组织，增加零件的耐磨性。因其轮廓尺寸不大，形状又不复杂，加之成批生产，所以毛坯采用模锻成型。
较简单的外圆形状，中间的盲孔比较大，可采取锻件尺寸与成品尺寸尽量接近的毛坯尺寸。零件小，可用比较小的设备吨位就能达到目的。
毛坯尺寸通过确定加工余量后决定。
2.4工艺规程设计
2.4.1定位基准的选择
本零件为圆柱体实心件，部分表面需要加工。需要加工的表面精度中等，光洁度为Ra3.2，中间孔0为设计基准，也是装配和测量基准。但在加工过程中需要借用大外圆φ108及端面作为粗基准来加工φ60孔及同侧尺寸，所以将φ108及端面进行了加工。粗基准加工后，后工序加工以设计基准为加工基准，即遵循了“基准重合”的原则。
2.4.2零件加工方法的选择
本零件的加工表面有外圆、内孔、端面及小孔，材料为45#钢。故确定加工方法如下：
φ108外圆及端面：图纸要求为非加工面，但工艺过程考虑其为粗基准，故对此外圆面采取粗车。
φ50孔及端面：图纸要求为非加工面，故直接由模锻成型。
φ60孔及端面：图纸要求为设计基准，加工尺寸公差为0.03mm，粗糙度为Ra3.2，考虑此孔为后工序加工及定位用，故对此孔及端面采取粗车、精车。
φ72外圆及端面：图纸要求为非加工面，但工艺过程考虑其为粗基准，故对此外圆面采取粗车。
φ80外圆及端面：加工尺寸公差为0.035mm，粗糙度为Ra3.2，，采取粗车、精车控制。
4-φ9孔：加工尺寸为自由公差，粗糙度为Ra6.3,位置度为0.15mm，采取钻孔至尺寸要求。
49/98端面：加工尺寸为自由公差，粗糙度为Ra6.3,采取铣削方式加工至要求。
2.4.3制定工艺路线
根据零件本身要求及先粗后精的加工原则，端盖加工工艺路线如下：
工序0：将锻件毛坯进行正火处理，将毛坯加热到850-900℃，空冷或风冷到常温，随炉抽检零件正火硬度；
工序10：找正三爪卡盘跳动在0.10内，夹紧φ108外圆及端面，粗车φ60孔及端面、φ80外圆及端面、φ72外圆及端面；
工序20：找正三爪卡盘跳动在0.10内，调头夹紧已粗车的φ72外圆及端面，粗车φ108外圆及端面；
工序30：找正三爪卡盘跳动在0.05内，夹紧已加工的φ108外圆及端面，精车φ60孔及端面到尺寸、φ80外圆及端面到尺寸，并倒孔口及外圆的角；
工序40：找正铣夹具定位心轴跳动在0.02内，以φ60孔为基准铣49/98两端面到尺寸；
工序50：找正钻夹具定位心轴跳动在0.02内，以φ60孔为基准钻4-φ9到尺寸；
工序60：钳工去锐边毛刺。
工序70：零件终检。
2.4.4确定机械加工余量及毛坯尺寸，设计毛坯——零件综合图
（1）确定机械加工余量。钢质模锻件加工余量根据国家有关标准确定。确定时，根据估算的锻件质量、加工精度及锻件形状复杂系数，可查得零件内外表面加工余量。
①锻件质量：根据零件成品质量为0.93Kg，估计毛坯质量为1.31Kg。
②加工精度：除φ60孔及φ80外圆精度较高外，其余加工精度中等偏低。
③锻件复杂系数S为：
假定最大外径为Φ114mm，最长32mm，则：
S=M锻件/M外轮廓包体
M外轮廓包体=π×R2×L×ρ（密度）
           =3.1415926×5.702×3.2×7.85=2.56Kg
M锻件=1.31Kg
S= M锻件/M外轮廓包体=1.31/2.56=0.52
故按表查得其复杂系数为S2,级别一般。
表1  锻件形状复杂系数S
级别 S数值范围 级别 S数值范围
简单 S1>0.63~1　　　 较复杂 S3>0.16~0.3
一般 S2>0.32~0.63 复杂 S4≤0.16

④机械加工余量。根据锻件质量、F1、S2，确定直径方向余量为1.5~2.0mm，即锻件的直径单边余量为1.5~2.0mm。轴向单边余量为1.5~2.0mm。
（2）确定毛坯尺寸。根据表所查及零件实际加工精度，确定外径除关键尺寸φ60孔及φ80外圆余量定为2.0mm外，其余定为1.5mm，端面余量除φ108大端面定为2.0mm外，其余定为1.5mm。
（3）设计毛坯——零件综合图。
本零件锻件质量为1.31Kg，复杂系数为S2，45#钢含碳量为0.42-0.50%，按表2查得锻件材质系数为M1，热处理为正火后粗精加工。
表2锻件材质系数
级别 钢的最高含碳量 合金钢的合金元素最高总含量
M1 <0.65% <3.0%
M2 ≥0.65% ≥3.0%
2.4.5工序设计
（1）选择加工设备及工艺装备。
①选择机床。
a.0序为正火工序。可选用网带炉或井式、箱式炉加热后空冷或风冷。
b.10、20、30序为粗/精车加工。本零件轮廓外形尺寸及质量均小巧，选用常用的CA6140型数控卧式车床即可（数控车床和普通车床均可加工此零件，但数控车床受操作者操作技能影响小，所以本设计全部选用数控车床）。
c.40序为铣端面。以φ60孔为基准铣两端面，选用数控铣床X62型立式铣床。
d.50序为钻孔。因尺寸公差和形位公差要求均不高，故选用台式钻床ZQ4015。
②选择夹具。
除铣端面和钻孔工序外，其余各工序均采用通用夹具即可，车削加工以三爪自定心卡盘定位夹紧零件。
③选择刀具。
a.在车床上加工，一般都采用硬质合金车刀和镗刀。本零件为钢质材料，故采用YT类硬质合金，粗加工用YT5，精加工用YT30。为提高生产效率和经济性，可选用机夹可转位车刀。
b.铣刀选用立铣刀。零件要求铣削两端面，故铣刀选用：6刃、Φ20直柄立铣刀。
c.钻4-φ9选用φ9直柄麻花钻，带90°的倒角锪钻。
④选择量具。
本零件为批量生产产品，一般均选用通用量具。选择量具的方法通常有如下两种：一是按计量器具的不确定度选择；二是按计量器具的测量方法极限误差选择。
a.选择径向尺寸量具。除φ80的外圆、φ60的内孔，其余各外圆、内孔均为自由尺寸，机加未注尺寸公差按QC/T267-1999《汽车切削加工零件未注公差尺寸的极限偏差》查表，其公差值均大于0.30mm，而φ50孔则直接由锻造成型，其公差值为±0. 50mm，按工艺人员手册要求，根据测量精度等级选择0-150mm/0.02的游标卡尺即可，其分度值为0.02mm。